从学员到教员:我的STEM成长之路

摘要  STEM教育是科学、技术、工程和数学教育的统称。STEM教育现已成为基础教育改革发展的先进性课题，对于培养适应社会经济发展的创新型人才具有重要意义。从作为学员参与STEM项目，到作为教员引导学生进行STEM课程，STEM教育的综合性、实践性、创新性和趣味性让我体会到了这个项目对学生和教师成长的价值，这一年我的STEM成长之路已经启航。

关键词  STEM 教师培训 小学

STEM教育是科学（Science）、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)教育的统称。近年来，STEM教育逐渐成为一个国家提高创新能力和人才竞争力的重要因素。在科技发展日新月异的今天，四大领域教育的融合已逐渐成为科学教育的新航向。

一、STEM教育的缘起——沉舟侧畔千帆过

一战后，美国社会对技能型劳动力需求日益增加，有技术、有专长的实用性人才更受欢迎，学校教育也相应地倾向于职业教育与技能教育。而到了20世纪80年代，美国青少年在国际学生评估项目中表现频频不尽人意，导致美国开始担忧其世界地位并开始反思学校教育模式，美国意识到国家人才短缺的根本原因在于科学和技术教育的落后。国民对于当时教育模式的批评和要求加强科学和技术教育的呼声日益高涨。为了培养创新型人才和科技人才，同时提高美国青少年在科学、技术、工程、数学等理科学科成绩，巩固其世界科技、经济霸主地位，自20世纪80年代以来，STEM教育受到了美国政府和教育界的高度关注。

经过几十年的发展与政府和社会的高度关注，美国STEM教育正在走向实践化和标准化。我国自2000年后开始关注STEM教育，并已认识到STEM教育是基础教育改革发展的先进性课题，对于培养适应社会经济发展的创新型人才具有重要意义。但现阶段关于STEM教育的研究较少，随着我国新课程改革的不断深入，探讨STEM教育与科学教育的融合具有重大现实意义，开发STEM教育的实践之路任重而道远。

二、我的STEM之路

1.初识STEM课程——少年初始人生事

2015年9月，我作为一名学员与STEM课程培训有了第一次亲密接触。在这次课程中，我们要解决一个工程问题：南京长江大桥的拥堵问题是众所周知的，虽然先后又盖了几座大桥和过江隧道，但依然无法改变长江大桥的拥堵情况。因此，政府通过了一项提案，计划在长江大桥旁再建造一座“姐妹”桥，届时将形成老桥由南向北、新桥由北向南的两座单行桥，以减缓交通压力。

建桥这个工程问题牵涉了很多小问题，比如桥梁有哪些类型，有哪些材料来建造桥梁，一座桥中的力是怎样分布的，预算是多少，这座桥要多大，怎样检验他。这些问题中有的是科学问题，有的是工程问题。建造桥梁所需要的科学背景知识主要有以下几个方面。一是桥梁的类型，二是桥梁的结构，三是桥梁的力。学习了这些科学背景知识后，我们利用一个桥梁模拟器创建桥梁。

解决了科学问题之后，我们再次定义工程问题，我们的任务是制作一个长度在100cm—110cm之间，宽度14—15cm的桁架桥框架模型，模型中央能够承重2千克的重物，桥梁的弯曲程度小于1cm。所用材料是15cm*2cm的冰棒棍，胶枪胶棒和其他辅助工具。

第一次接触这样的教师体验式培训，一开始看到这个任务有些不知所措，但经过小组成员之间的头脑风暴，设计与再设计，建立模型，制作迭代，检验，修改再检验，搜集数据，数据分析等一系列过程，最后成功完成了桥梁模型和工程建议书。

2.再识STEM课程——为伊消得人憔悴

2015年11月，我又一次作为学员，参加STEM课程培训。这次课程的主题是纸飞机，但与传统玩法不同，这次的任务是制造一架纸飞机能经受得住弹射器（如图3）的冲击，经受得住撞击地面的冲击，飞行距离越远越好。小小纸飞机背后的科学知识却很丰富。比如飞行速度与飞行阻力的平衡，飞行阻力与升力的平衡，伯努利原理，飞机如何起飞，如何转弯等。

有了这些背景知识后，我们再来定义本次的工程问题，纸飞机做什么形状，如何经受住弹射器的巨大冲击，如何减少空气阻力。本次活动所用的材料是定量A4纸，胶水、双面胶、剪刀等工具。经过20分钟的初次制作与测试，我们体验到了弹射器的威力，普通飞机根本招架不住。因此，之后的30分钟时间，我们小组开始讨论、设计，画出尽可能精确的设计图纸，写出简洁明了的制造过程。在制作时，我们吸取第一次尝试的失败经验，在纸飞机与弹射器接触的位置进行加固，防止纸飞机出师未捷身先死。在测试时，我们根据实验数据不断改进，反复制作，分析问题，及时修正。

3.终于轮到我上场——直挂云帆济沧海

培训结束后，我常常反思，我们的课堂能做什么样的改变，如果我们的课堂用基于真实情境的问题，引导孩子经历分析问题、设计方案、建立模型、制作测试、收集数据、分析数据、交流分享等一系列探究过程去寻找最佳的解决方案。用这样的方式来推动科学课程改革，是不是可以让学习真正发生呢？

在2016年2月，南师附小爱创客STEM工作室正式成立，并在本学期初开始全面实施STEM课程。本次课程的工程任务是制作一架救援降落伞，能从15米高空携带200克重物，安全打开，安全着陆。在为期一个月，四次课程中，学生从初试牛刀到专项挑战，在最后一节课完成最终的工程任务。

在第一次课程中，学生直接面对挑战任务——制作一架携带20克重物的降落伞从3米左右高空降落，安全打开，安全着陆。之后，我引导学生经历分析任务、设计方案、设计汇报、制作与测试、研究报告、交流反思等一系列过程。在学生的设计方案中，我看到的不只是圆形降落伞，还有方形降落伞、梅花形降落伞、甚至双层降落伞。看来给学生开放的空间，他们的思维会更加活跃。在设计汇报时，每个小组根据自己的设计方案向全班汇报本小组的设计思路和设计理念。在小组汇报结束后，其他同学可以对此提一个问题。平时在课堂上，一般是老师提问，学生回答。而在STEM课程中，不仅培养学生解决问题的能力，更培养学生积极思考，敢于质疑的精神。会提问也是一种能力，在提问环节，我发现有的学生很会提问，他们的问题或专业或犀利，有的针对降落伞结构，有的针对降落伞的设计，还有的直接指出这样的设计没有创新性和竞争力。可见，学生们在这样的工程挑战任务中，既注重设计过程中的精益求精，还考虑到在这个团队竞争项目中的竞争力。

在制作与测试环节，学生们真正体验到了“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的道理。在设计方案上画的再理想，也要实际做出成品才有效。在有限的时间内，学生们体验到了工程制作中的困难，如伞面上的孔怎么打，伞绳如何固定在伞面上，如何剪出直径20厘米的圆形伞面等。学生发现在制作中每一个细节都很关键，每一步都考验着大家的动手和动脑能力。经过1个小时的努力，各个小组终于制作出了成品，孩子们赶紧测试起来。但结果却不那么理想，从3米左右的高空释放后，有的降落伞还没打开伞面就落地了，有的歪歪扭扭地落下来。测试之后，各个小组赶快去改进，调整伞绳长度，想办法撑开伞面，增加小伞等。

在第一次尝试后，同学们都发现了自己的降落伞存在的问题，也发现了小小降落伞背后的科学知识与数学原理，在后续的第二、三节课，各个小组以跑班的形式，选择自己需要的知识学习，完善自己的降落伞。我们开设了伞面大小、伞面材料、伞绳多少与长短、加速度、LED灯等课程。

经过两次专项课程的学习，同学们在最后一个工程挑战任务中都自信满满，同学们在家里就做好了降落伞，等着来学校检验。这一次的释放由机器人操作，从15米高空携带200克重物降落，所以这次的关键是能迅速打开。经过测试、调整、再测试，各个小组都取得了不错的成绩。

在这次的STEM课程中，孩子们在其中投入的热情、思维的发展、创新的智慧都让我深深感动。在课间，经常有学生跑到科学教室问老师伞布材料从哪买，哪种形状的降落伞下降更平稳，降落伞如何折叠可以快速展开，滑翔伞要怎么做。在课上，小组同学间经常就一些技术问题展开讨论，常常打了下课铃还不愿走，还要继续改进方案。在这个背后更让我看到了STEM课程的价值，在这样的课程中学生学会的不仅仅是知识，更多的是科学探究和工程创新的过程和方法，在这样的任务中，通过把四个领域内学科知识和技能整合在一起，使学生零碎的知识变成了一个相互联系统一的整体。

作为学员在一个STEM项目的课堂上，我们会根据教师提出的问题，在自发或随机形成的探究小组开展原创性研究。在研究过程中，学生可以使用各种技术和方法搜集信息、证据和数据、分析数据，并设计、测试和改进一个问题的解决方案，然后与其他同伴交流研究成果、分享信息。这个看上去杂乱无章的教学情境，恰恰强调的是学生解决问题的能力、创新能力、合作与沟通的能力培养。

作为教员在STEM项目的课堂上，我们看到学生在课上就一些技术问题展开激烈的讨论，在课下仍在思考改进方案。这就是STEM课程的价值，在这样的课程中学生学会的不仅仅是知识，更多的是科学探究和工程创新的过程和方法，在这样的任务中，通过把四个领域内学科知识和技能整合在一起，使学生零碎的知识变成了一个相互联系统一的整体。

从学员到教员，STEM教育让我对教学有了新的认识。教师在培训中完全以学生的角色参与活动，我们遇到的问题，也是在实际教学中学生可能会遇到的问题。教师能够在培训中吸收到对自己教学有所帮助的方法，完成角色的转换以更好地教学。在STEM项目的教学中，学生对于任务解决的热情，头脑风暴的创新，科学思维的发展都说明了STEM教育的综合性、实践性、创新性和趣味性对于培养具有解决问题的能力、创新能力、合作与沟通的能力和终身发展能力的21世纪人才发挥着重要作用，教师在其中的角色是引路者，指引学生达到最终的目标。这一年，我在STEM项目上的成长之路只是刚刚启航，这一路我和学生共同成长。

参考文献

[1]任伟,李远蓉,马坤鹤等.基于STEM教育下的中学化学教学模式初探[J].化学教与学,2015(7):10-12.

[2]范燕瑞.STEM教育研究--美国K-12阶段课程改革新关注[D].华东师范大学,2011.

[3] 冯玲.实施STEM教育的”玄武路径”[J].科学课,2016(01):97-99.